DE2411584B2

DE2411584B2 - Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE2411584B2
Application number: DE2411584A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokohama Kanagawa Ichikawa (Japan); Toyonosuke Zushi Kanagawa Kanemaru; Hiroshi Tokio Yamazoe
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-11
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2411584C3; JPS49116109A; US3956568A; DE2411584A1; JPS5614732B2

Description

Beschreibung

Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoffe sind für gleitende Maschinenteile bereits verwendet worden, da derartige Verbundwerkstoffe die ausgezeichneten Selbstschmierungseigenschaften des Kohlenstoffs mit den hohen mechanischen Festigkeiten bestimmter Metalle vereinen. Diese Verbundwerkstoffe wurden bereits als Dichtungswerkstoffe für Rotationskolbenmaschinen und Turbinenschaufeln sowie als Lagerwerkstoffe für rotierende mechanische Teile verwendet.

In jüngerer Zeit hat sich jedoch das Bedürfnis entwickelt, ein Maschinenelement, insbesondere bei einer Rotationskolbenmaschine, mit welcher ein gleitendes Teil in gleitender Berührung steht, bei höheren Temperaturen als bisher zu betreiben, um die Leistung oder den Wirkungsgrad der Maschine zu steigern. Die bekannten Verbundwerkstoffe, die aus Kohlenstoff und einem Metall, wie Blei, Zinn oder Zink und ihren Legierungen oder auch aus Kohlenstoff und einem Metall wie Antimon und Aluminium sowie deren Legierungen bestehen, sind jedoch nicht im Temperaturbereich von 300 bis 400⁰C verwendbar, da sie in diesem Temperaturbereich bereits ihre Festigkeit, Abriebbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit verlieren. Außerdem neigen die bekannten Werkstoffe bereits in dem erwähnten Temperaturbereich zum nartiellen Schmelzen und zum Festfressen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff zu schaffen, der auch bei Temperaturen von mehr als 400⁰C eine

4^r> ausgezeichnete Festigkeit sowie Abriebbeständigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff, bestehend zu 40 bis 90 Vol.-% aus einem porösen Kohlenstoffkör-

w per, welcher mit einer Tränklegierung imprägniert ist, die nicht weniger als 40 Gew.-% an Kupfer, Nickel oder einer Kupfer-Nickel-Legierung als Basismetall, 0,5 bis Gew.-% Titan und/oder Zirkonium und/oder Silicium als Netzmittel sowie 3 bis 45 Gew.-% Zinn und/oder

^r)5 Mangan und/oder Atin ion und/oder Zink enthält.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Legierung zusätzlich noch 1 bis 15 Gew.-% Eisen und/oder Chrom und/oder Blei und/oder Magnesium und/oder Phosphor.

wi Der Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff nach der Erfindung besteht somit zu 40 bis 90 Vol.-% aus Kohlenstoff und zu 10 bis 60 Vol.-% aus der Tränklegierung.

Zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes nach der

h^r> Erfindung werden Kohlenstoffpulver oder -teilchen, gegebenenfalls mit einem Binder, gepreßt und bei Temperaturen von mindestens 1000⁰C zu einem porösen Kohlensloffkörper verbacken, worauf ein

Tränken mit Legierung aus dem Basismetall und weiteren Elementen, wie in den Patentansprüchen 1 bis 5 angegeben, erfolgt

Aus ihren Komponenten wird in den angegebenen Zusammensetzungsbereichen eine Legierung mit einem Schmelzpunkt von 600 bis 1400⁰C hergestellt und mit dieser Legierung wird im schmelzflüssigen Zustand ein graphitischer oder auch ein nichtgraphitischer poröser Kohlenstoffkörper getränkt.

Von großer Bedeutung ist die Verwendung wenistens eines der Elemente Titan, Zirkonium, und Silicium als Netzmittel, weil mit Hilfe wenigstens eines dieser Elemente in einem Anteil von 0,5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 16 Gew.-%, die Festigkeit einer zwischen dem Kohlenstoffkörper und der Tränklegierung wirksamen Bindung erhöht wird. Kohlenstoff ist bekanntlich an sich nur schwer mit Metall zu benetzen weshalb Schmelz- und Gießformen gern:; aus Kohlenstoff, wie Graphit, hergestellt werden. Selbst wenn ein Kohlenstoffsubstrat mit Kupfer, Nickel oder ihren Legierungen imprägniert wird, weil diese Metalle eine befriedigende Wärmebeständigkeit haben, besitzt das so erhaltene Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial keine ausreichende Festigkeit, und zwar aufgrund unbefriedigender Benetzung des Kohlenstoffs durch das Metall.

In ein Kupfer- oder Nickel-Basismetall eingebrachtes Titan, Zirkonium oder Silicium wirkt nicht nur als Netzmittel für Kohlenstoff, sondern bildet ein entsprechends Carbid mit dem Kohlenstoff in der Zwischenschicht zwischen dem eingebrachten Netzmittelmetall und dem teilchenförmigen Kohlenstoff, wenn ein entsprechender Tränkvorgang bei hohen Temperaturen von nicht weniger als etwa 700⁰C erfolgt, wodurch ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit gesteigerter Hochtemperaturfestigkeit zusammen mit verbesserter Abriebfestigkeit entsteht. Anders als das Carbid AUCj jedoch sind die Carbide TiC, ZrC und SiC chemisch stabil, weshalb das sich ergebende Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt.

Die Verwendung von Netzmittel in Mengen von weniger als 0,5 Gew.-% führt zu keiner praktischen Wirkung und verursacht eine beachtliche Heterogenität in einem herzustellenden Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial, während seine Verwendung in Mengen von mehr als 25 Gew.-% zur Ausscheidung von Titan, Zirkonium oder Silicium führt, wodurch die Homogenität eines so erhaltenen Produkts verschlechtert wird, obgleich das Ausmaß der verursachten Heterogenität um so geringer ist, je größer die Menge an verwendetem Netzmittel ist. Im letzteren Falle muß auch eine dritte Komponente, wie z. B. Zinn, Antimon, Zink oder Mangan in großen Mengen zugesetzt werden, um zu vermeiden, daß das erhaltene Produkt einen unangemessen hohen Schmelzpunkt hat, was es brüchtig macht.

Die Zusammensetzungen der Legierungen sowie die anderen Bedingungen, die bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials angewandt werden, sind wie folgt:
Netzmittel

Ti, Zr oder Si: 0,5-25 Gew.-%, bevorzugt 5-16 Gew.-%,
Basismetaü

als Einzelmetall oder Legierung mit ausgezeichneter Wärme- und Korrosionsbeständigkeit Cu, Ni oder Cu-Ni: nicht weniger als 40 Gew.-%, bevorzugt nichl weniger als 50 Gew.-°/o.

Eine dritte Komponente

Wenigstens eines der Metalle Sn, Sb, Zn und Mn: 3-45 Gew.-o/o, bevorzugt 5-35 Gew.-%.
Wenn darüber hinaus notwendig,

wenigstens eines der Elemente Fe, Cr, Pb, Mg und

P: 1-15 Gew.-o/o.
Schmelzpunkt der Legierung:

600 -1200° C, bevorzugt 700-1000° C.
Tränktemperatur:

ίο 700-1400°C

Tränkdauer:

1 — 60 min. bevorzugt 3—30 Min.
Das Tränken des Kohlenstoffkörpers mit der Legierung wird in einem hochdruckfesten Behälter durchgeführt Die Tränktemperatur sollte bevorzugt etwa 50 — 200° C über dem Schmelzpunkt der verwendeten Legierung liegen. Doch führt die Anwendung einer höheren Imprägniertemperatur bei der Imprägnierung des Kohlenstoffs insbesondere in Blockform zu einer deutlicheren Heterogenität oder Abscheidung im entstehenden Produkt, und deshalb ist für solche Kohlenstoffblöcke eine Tränktemperatur von 700 bis 900° C vorzuziehen. Der Druckbehälter wird mit dem Kohlenstoffkörper und der Legierung so beschickt, daß

2) sie getrennt voneinander im Behälter angeordnet sind, darauf wird dieser mit einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff, Helium oder Argon gespült und die Temperatur sodsun so gesteigert, daß das Innere des Behälters die gewünschte Temperatur erreicht. Dann

jo wird der Behälterdruck, wie erforderlich gesenkt. Ein verminderter Druck von nicht mehr als 1 mm Hg ist bevorzugt. Der Kohlenstoffkörper wird in die Legierung im geschmolzenen Zustand eingetaucht und dann unter einem Druck von wenigstens 20 kg/cm², vorzugs-

r> weise 50 bis 200 kg/cm² eines eingeführten Inertgases für 1 bis 60 min, bevorzugt 3 bis 30 min, eingetaucht gehalten, worauf der so behandelte Kohlenstoffkörper aus der geschmolzenen Legierung herausgezogen, gekühlt und dann aus dem Behälter genommen wird.

Für die Auswahl des Basismetalls werden ein Schmelzpunkt im vorgenannten Bereich und zufriedenstellende Schmiereigenschaften gefordert. Zudem hat der Zusatz der dritten Komponente die folgenden Wirkungen:

Senkung des Schmelzpunkts:

Sn₁Sb₁Zn₁Mn₁Mg₁P
Steigerung der Hochtemperaturfestigkeit:

Sn₁ Fe, Cr
w Erhöhung der Abriebfestigkeit:

Sn₁Mn₁Fe₁Cr
Verbesserung der Schmiereigenschaften:

Sn₁Pb

Reinigung des Metalls:
Zn₁ Mg₁ P

Die Carbidbildung des vorgenannten Netzmittels bewirkt die Erzielung eines Produkts mit erhöhter Hochtemperaturfestigkeit und Abriebbeständigkeit.

ho Im Verlauf der Tränkung unter den genannten Bedingungen verbindet sich das Netzmittel mit dem Kohlenstoffkörper und etwa 10 bis 60 Gew.-% des Netzmittels bilden ein entsprechendes Carbid mit dem Kohlenstoff. Die Menge des gebildeten Carbids kann

μ durch vorherige Auswahl der Kohlenstoffmenge, der Zusammensetzung einer Legierung und der Arbeitsbedingungen gesteuert werden. Die am meisten bevorzugten Mengen an gebildetem Carbid werden durch

Umsetzen von 25 bis 50 Gew.-% des Netzmittels mit dem Kohlenstoff zur Bildung des entsprechenden Carbids erzielt

Für die Kohlenstoffkörper können Kohle, Pechkoks, künstlicher Graphit, Ruß, thermisch gecrackter Graphit und glasartige Kohle, von denen Kohie und Pechkoks zu einem ausgezeichneten Produkt hoher Abriebfestigkeit führen, verwendet werden. Kohlenstoffblöcke werden gewöhnlich durch Formen pulverisierten Kohlenstoffmaterials in die gewünschten Formen hergestellt, wenn gewünscht, nach Einbringen eines carbonisierbaren Binders, worauf die geformten Kohlekörper bei Temperaturen von nicht weniger als 1000° C, bevorzugt 1200 bis 1400° C, verbacken werden. Das Kohlenstoffmaterial kann 15 bis 105 μπι, vorzugsweise nicht über 74 μίτι Teilchengröße aufweisen. Die in einem zu erzielenden Produkt erhaltene Heterogenität fällt mit dem Anstieg der minimalen Teilchengröße des Kohlenstoffmaterials um so weniger ins Gewicht

In Fällen, in denen Kohlenstoffblöcke oder verbackene Kohlenstoffkörper als Ausgangskohlenstoffsubstrat zur Imprägnierung bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden, sollten dieser eine Porosität von 10 bis 60%, bevorzugt 25 bis 45%, haben. Je höher die Porosität ist, um so geringer ist die Heterogenität im erhaltenen Produkt.

Wenn Kohlenstoffblöcke oder -pulver, deren zuvor Titan-, Zirkonium- oder Siliciumpulver beigefügt worden ist, als Ausgangskohlenstoffkörper verwendet werden. Ergibt sich in dem zu erhaltenden Produkt keine Heterogenität, und zudem erlaubt der Kohlenstoffkörper mit bereits enthaltenem Netzmittel die Verwendung einer Kupfer- oder Nickellegierung als Tränklegierung, die das Netzmittel in nur kleinen Mengen enthält. Es ist wünschenswert, daß das Netzmittel zuvor ir. die Kohlenstoffblöcke oder das Kohlenstoffpulver in Mengen von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Kohlenstoffkörper, eingebracht wird. Die Verwendung des Netzmittels in Mengen von weniger als 5 Ge^.-% führt zur Entstehung von Heterogenität ii¹ der¹' zu erhaltenten Produkt, während die Verwendung in Mengen von mehr als 30 Gew.-% das anfallende Produkt in seinen Gleiteigenschaften verschlechtert öas feinzubringende Netzmittel sollte bevorzugt eine Teilchengröße von 74 μιη oder weniger besitzen.

Bei einem Vtfrfah' Cn zur Herstellung des erfindungsgemäßen Maxcjfial* für gleitende Teik; wird die Tränklegierung in Mengen von 10 bis 60 Vol.-%, bevorzugt 25 bis 45 ^öl.-%, verwendet, wobei der Rest (90 bis 40 Vol.-%) n^llfl den Ausgangskohlenstoffkörper entfällt. Die Verwendung der Legierung in Mengen von weniger als 10 V<M.-% ergibt kein Produkt mit befriedigender Festigkeit, während die Verwendung in Mengen von mehr als 60 Vol.-% zu einem Produkt mit verschlechterter Abriebbeständigkeit und verschlechterten Gleiteigenschaften, wie z. B. einem erhöhten Reibungskoeffizienten, führt.

Beispiel 1

100 Teile Pechkohlenkoks, auf Teilchengrößen von 74 μπι oder darunter pulverisiert, wurden mit 30 Teilen Kohlepech als Binder versetzt, um ein Gemisch zu bilden, das bei etwa 150° C 1 Stunde geknetet, gekühlt und wieder zu Teilchen einer Teilchengröße von 105 μτη oder darunter pulverisiert wurde. Die so erhaltenen Teilchen wurden unter einem Druck von 1 t/cm² zu Formen von jeweils 100 χ 100 χ 30 mm gepreßt, die dann mit einer Temperatursteigerungsrate von 10⁰C pro Std. in einem Ofen auf 1300⁰C erhitzt wurden, um so Kohlenstoffsubstrate zu erhalten.

Hiervon getrennt wurde eine Legierung mit einem j Schmelzpunkt von 700°C hergestellt, die 4% Ti, 2% Mn, 20% Sb, Rest Cu und zufällige Verunreinigungen, enthielt.

Der so erhaltene Kohlenstoffkörper und die so hergestellte Tränklegierung wurden in einen Autoklaven gebracht, wo der Kohlenstoffkörper von der in den Poren vorhandenen Luft unter einem Vakuum von 0,1 mm Hg befreit, darauf in die Legierung in geschmolzenem Zustand bei 80O⁰C eingetaucht und dann mit der geschmolzenen Legierung in einer Armosphäre von unter einem Druck von 100 kg/cm² stehenden Argongas 15 min getränkt wurde, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit der in Tabelle 1 angegebenen Festigkeit, Härte, Abriebbeständigkeit und dergl. zu erhalten. Das in dem Produkt gebildete Carbid enthielt 27 Gew.-% des verwendeten Titans.

Beispiel 2

Da gleiche Kohlenstoffkörper wie in Beispiel 1 verwendet, wurde mit einer Legierung in geschmolzenem Zustand bei 950⁰C in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getränkt, um ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial zu erhalten. Die erwähnte Legierung besaß ursprünglich einen Schmelzpunkt von 72O⁰C und enthielt 1% Ti, 8% P, 5% Sn, Rest Cu und zufällige Verunreinigungen. Die Eigenschaften des so erhaltenen Verbundmaterials sind in Tabelle 1 angegeben. Das in dem Produkt gebildete Carbid enthielt 35% des verwendeten Titans.

Beispiel 3

Eine Legierung mit einem Schmelzpunkt von 950⁰C, die 16% Ti, 20% Sn, Rest Cu und zufällige Verunreinigungen enthielt, wurde im geschmolzenen Zustand bei 1000⁰C in den gleichen Kohlenstoffkörper, wie in Beispiel 1 verwendet, gegeben, um ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial zu erhalten, das dann auf seine Eigenschaften hin und untersucht wurde. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Das in dem Produkt gebildete Carbid enthielt 50% des j verwendeten Titans.

Beispiel 4

Bituminöse Kohle mit 42% flüchtigen Anteilen, 1% Feuchtigkeit, 5% Asche, Rest feste Kohle, wurde

so pulverisiert, um Teilchen nicht größer als 74 μίτι im Durchmesser zu ergeben, die dann unter einem Druck von 3 t/cm² komprimiert wurden, um einen Formkörper mit einer Abmessung von 100 χ IOC χ 30 mm zu ergeben. Der so gebildete Formkörper wurde auf 1350⁰C bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 5°C/h unter einem Stickstoffgasstrom in einem Ofen erhitzt, um so einen Kohlenstoffkörper zu erhalten, der dann unter Druck mit einer Legierung (Schmelzpunkt 1200°C), welche 9% Zr, 8% Sn, 5% Mn, Rest Ni enthielt, in geschmolzenem Zustand bei 13O0°C getränkt wurde, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften zu erhalten.

Beispiel 5

Kokspulver mit 74 μηι großen oder feineren Teilchen, hergestellt durch Calcinieren bei 1200⁰C, wurde in eine Blechbüchse von 100 χ 100 χ 50 mm gebracht und dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit einer

geschmolzenen Legierung (Schmelzpunkt 850⁰C) bei 1000°C unter Druck getränkt, welche 7% Ti, 15% Zn, 13% Sb, Rest Cu enthielt, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften zu erhalten.

Beispiel 6

Der gleiche Kohlenstoffkörper, wie in Beispiel 1 hergestellt, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit einer Legierung (Schmelzpunkt 800°C) in geschmolzenem Zustand bei 1000°C unter Druck getränkt, welche 15% Si, 10% Sn, Rest Cu, enthielt, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial zu erhalten. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel 7

Bituminöse Kohle mit 42% flüchtigen Anteilen, 1% Feuchtigkeit, 5% Asche, Rest feste Kohle, wurde auf 1200⁰C erhitzt, um Kohlekoks herzustellen, der zu Teilchen einer Größe nicht über 74 μπι pulverisiert wurde.

Das Kohlekokspulver wurde in eine Blechbüchse von 100 χ 100 χ 50 mm Abmessung gebracht und dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit einer Legierung (Schmelzpunkt 85O⁰C) mit 7% Ti, 30% Sn, Rest Cu, im geschmolzenen Zustand bei 900° C unter Druck getränkt, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial zu erhalten. Seine Eigenschaften sind in Tabelle 1 beschrieben.

Beispiel 8

Der gleiche Kohlenstoffkörper, wie in Beispiel 1 hergestellt, wurde mit einer Legierung (Schmelzpunkt 900°C) mit 10% Ti. 20% Sn, 30% Ni und 40% Cu in geschmolzenem Zustand bei 1000⁰C unter Druck getränkt, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften zu erhalten.

Beispiel 9

!n durch Calcinieren bei 1300⁰C erhaltenes Anthrazitpulver mit einer Teilchengröße nicht über 44 μηι wurden 5 Gew.-% Ti Pulver mit einer Teilchengröße nicht über 44 μιη eingebracht, und die gesamte Masse wurde unter Verwendung einer Kugelmühle zusammengemischt, um das Ti-Pulver gleichförmig im Anthrazitpulver zu dispergieren. Das sich ergebende Gemisch wurde in eine Blechbüchse gebracht und dann mit einer Legierung mit 5% Ti. 15% Sn, Rest Cu. (Schmelzpunkt 950^cC) in geschmolzenem Zustand bei 1000°C unter Druck getränkt, um ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften zu erhalten.

Beispiel 10

Das gleiche Gemisch aus Anthrazit- und Ti-Pulver, wie in Beispiel 9 verwendet, wurde mit einer Legierung mit 0.5% Ti. 15% Sn, Rest Cu. (Schmelpunkt 950° C) in geschmolzenem Zustand bei 1000⁰C unter Druck getränkt, um ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften zu erhalten.

Beispiel 11

Kohlepechkokspulver mit einer Teilchengröße nicht über 74 μπι wurde mit 10 Gew.-% Ti-Pulver gemischt, und dann wurde die ganze Masse unter Verwendung einer Kugelmühle zur Bildung eines gleichförmigen Gemischs vermischt. In 100 Teile des so erhaltenen gleichförmigen Gemischs wurden 30 Teile Kohlepech als Binder eingebracht, um ein Gemisch zu bilden, das bei 15O⁰C 1 Std. geknetet, gekühlt und dann pulverisiert ) wurde, um ein Pulver mit einer Teilchengröße nicht über 105 μίτι herzustellen. Das so hergestellte Pulver wurde bei einem Druck von 1 t/cm zu einer Form mit Abmessungen von 100 χ 100 χ 30 mm geformt, die auf UOO⁰C bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von

ίο 10°C/h in reduzierender Atmosphäre in einem Ofen erhitzt wurde, um so ein verbackenes Kohlenstoff-Titan-Substrat zu erhalten. Der so erhaltene gebrannte Körper wurde mit einer Legierung mit 3% Ti, 5% Mn, 17% Sn, Rest Cu, (Schmelzpunkt 92O⁰C) in geschmolze-

n nem Zustand unter Druck getränkt, um so ein Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterial mit den in Tabelle I angegebenen Eigenschaften zu erhalten.

Um weiterhin die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Metall-Verbundmaterialien klarzustellen, sind nachfolgend Vergleichs- und herkömmliche Beispiele angegeben.

Vergleichsbeispiel 1

Das Vorgehen des Beispiels 2 wurde wiederholt, mit :-, der Ausnahme, daß zum Tränken eine Legierung mit 8% P, 5% Sn, Rest Cu, (Schmelzpunkt 720° C) jedoch ohne Ti, verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Beispiel 3 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Legierung mit 20% Sn. 27% Ti, Rest Cu, (Schmelzpunkt 900°C) in geschmolzenem Zustand bei 1350"C verwendet wurde, um so ein Kohlenstoff-Mej-, tall-Verbundmaterial zu erhalten, das eindeutig eine gefleckte, unebene Oberfläche aufwies.

Herkömmliches Beispiel 1

Der gleiche Kohlenstoffkörper, wie in Beispiel 1 verwendet, wurde mit einer Legierung mit 12% Si, 2% Ni, Rest Al, (Schmelzpunkt 580°C) in geschmolzenem Zustand bei 700° C getränkt.

■» ' Herkömmliches Beispiel 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde der gleiche Kohlenstoffkörper, wie in Beispiel 1 verwendet, mit einer Legierung mit 10% Pb, Rest Cu, (Schmelzpunkt 950"C) in geschmolzenem Zustand bei 1050⁰C getränkt.

Die Eigenschaften der Kohler.stoff-Metall-Verbundmaterialien, die in den vorgerannten Vergleichs- und herkömmlichen Beispielen e¹ halten wurden, sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Was die Untersuchung der Eigenschaften dieser Verbundmaterialien betrifft, so wurde die Biegefestigkeit bei 450° C in einer Stickstoffgasatmosphäre unter den Bedingungen gemessen, daß die Proben mit einer Abmessung von 10 χ 20 χ 50 mm bei einer Last vor 1,5kg/cnv mit einer rotierenden Scheibe mit einer Umfangsrotationsgeschwindigkeit von 76 km/h in gleitende Berührung gebracht wurden, währenc 10 W-80 W Motoröl auf die gleitenden Teile mit einei Zuführgeschwindigkeit von 1 ml/h getropft wurde wobei der Abriebtest ohne Unterbrechung für 8 Std durchgeführt wurde, um den Abriebverlust der Prober in Richtung ihrer Höhe herauszufinden.

Tabelle Beispiel

ίο

Raumgewicht	Eigenschalten von	KohlenslolV-Melall-Vcrbundmaterial	bei Raum	(kg/cnr')	Abrieb
der Kohlen-	Volumenver-	Raumgewichl Shorehärte Biegefestigkeit	temperatur	bei hoher	verlust
stolTkörper	hültnis Metall/			Temperatur
	Kohlenstoff				(um)
(g/cnr¹)		(g/cm³)

1,65

2	1,75
3	1,55
4	1,10
5	-
6	1,45
7	-
8	1,55
9	-
10	_
Il	1,68
Herkömm
liches Beisp.
1	1,55
2	1,45
Vergleichs-
oeispiel
1	1,55
2	1,65

20/80
15/85
25/75
30/70
40/60
30/70
35/65
25/75
37/63
37/63
30/70

25/75
30/70

25/75
20/80

3,6

3,3 3,6 3,5 3,4 3,5 4,0 3,6 4,2 4,3 3,8

2,1 3,8

3,6

3,2

101 103 102 105 iüü 100 102 103 100 98 100

95 100

103 110

2100
2250
2700
2950
2300
2200
2800
2400
3000
2200
2500

1900
1200

1350
1200

1400 1500 2100 2300 1600 1500 2200 1900 2400 1800 2100

1000 500

750 1000

Claims

Patentansprüche:

1. Kohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoff, bestehend zu 40 bis 90 VoL-% aus einem porösen Kohienstoffkörper, welcher mit einer Tränklegierung imprägniert ist, die nicht weniger als 40 Gew.-% an Kupfer, Nickel oder einer Kupfer-Nikkel-Legierung als Basismetall, 0,5 bis 25 Gew.-% Titan und/oder Zirkonium und/oder Silicium als Netzmittel sowie 3 bis 45 Gew.-% Zinn und/oder Mangan und/oder Antimon und/oder Zink enthält

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich 1 bis 15 Gew.-% Eisen und/oder Chrom und/oder Blei is und/oder Magnesium und/oder Phosphor enthält

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zu nicht weniger als 50 Gew.-% aus Kupfer, Nickel oder Kupfer-Nickel-Legierungen besteht >o

4. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung wenigstens eines der Elemente Titan, Zirkonium und Silicium als Netzmittel in einer Menge von 5 bis 16 Gew.-% enthält

5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurcii gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Elemente Zinn, Mangan, Antimon und Zink in einer Menge von 5 bis 35 Gew.-% vorhanden ist.

6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 jii bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Kohlenstoffkörper aus Koks- oder Kohlepulver besteht

7. Verbundwerkstoff nach einem der Ans[: . jhe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff- r> körper, aus Kohlenstoffpulver mit einer Teilchengröße von 15 bis 105 μΐη besteht

8. Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet daß Kohlenstoffpulver oder -teilchen, gegebenenfalls mit einem Binder, gepreßt und bei Temperaturen von mindestens 1000⁰C zu dem porösen Kohlenstoffkörper verbacken und mit der Tränklegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 getränkt wird.

9. Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoffpulver oder -teilchen, gegebenenfalls mit einem Binder, gepreßt und bei Temperaturen von mindestens 1000⁰C zu dem porösen Kohlenstoffkörper verbacken, zunächst mit 5 bis 30 Gew.-% des Netzmittels nach Anspruch 1, bezogen auf das Gewicht des Kohlenstoffkörpers, und anschließend mit einer Legierung aus dem Basismetall und den restlichen Elementen nach den Ansprüchen 1 bis 5 getränkt wird, wobei die Menge an diesen Legierungsbestandteilen derart gewählt wird, daß sich Tränklegierungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 ergeben.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnieren bei nicht weniger als 700⁰C durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierzeit zwischen einer Minute und 60 Minuten liegt.

12. Verwendung des Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 8 bis 11, als Werkstoff für gleitende Teile.